8. 缝隙电磁泄漏的措施 &LI q?
一般情况下,屏蔽机箱上的不同部分的结合处不可能完全接触,只能在某些点接触上,这构成了一个孔洞阵列。缝隙是造成屏蔽机箱屏蔽效能降级的主要原因之一。在实际工程中,常常用缝隙的阻抗来衡量缝隙的屏蔽效能。缝隙的阻抗越小,则电磁泄漏越小,屏蔽效能越高。 q=e;P;u
缝隙处的阻抗: AHr^G
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缝隙的阻抗可以用电阻和电容并联来等效,因为接触上的点相当一个电阻,没有接触的点相当于一个电容,整个缝隙就是许多电阻和电容的并联。低频时,电阻分量起主要作用;高频时,电容分量起主要作用。由于电容的容抗随着频率升高降低,因此如果缝隙是主要泄漏源,则屏蔽机箱的屏蔽效能优势随着频率的升高而增加。但是,如果缝隙的尺寸较大,高频泄漏也是缝隙泄漏的主要现象。 Q~"Lyy8
影响电阻成分的因素: Q `K^>L1
影响缝隙上电阻成分的因素主要有:接触面积(接触点数)、接触面材料(一般较软的材料接触电阻较小)、接触面的清洁程度、接触面的压力(压力要足以使接触点穿透金属表层氧化层)、氧化腐蚀等。 xBc$qjV
影响电容成分的因素: OLF6["0Rn
根据电容器原理,很容易知道:两个表面之间距离越近,相对的面积越大,则电容越大。 o1 27? ^
解决缝隙泄漏的措施: 8aQTm-{m
1) 接触面的重合面积,这可以减小电阻、增加电容。 "r;cH5 3
2) 使用尽量多的紧固螺钉,这也可以减小电阻、增加电容。 JoB-&r}\V*
3) 保持接触面清洁,减小接触电阻。 p\I3 fI0i
4) 保持接触面较好的平整度,这可以减小电阻、增加电容。 us5Zi# }
5) 使用电磁密封衬垫,消除缝隙上不接触点。 orWF>o=1
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9. 电磁密封衬垫的原理 4]zn,g?&
电磁密封衬垫是一种表面导电的弹性物质。将电磁密封衬垫安装在两块金属的结合处,可以将缝隙填充满,从而消除导电不连续点。 aA*h *
使用了电磁密封衬垫后,缝隙中就没有较大的孔洞了,从而可以减小高频电磁波的泄漏。使用电磁密封衬垫的好处如下: ZJ)>gV
1)降低对加工的要求,允许接触面的平整度较低。 _ZWU~38PM
2)减少结合处的紧固螺钉,增加美观性和可维修性。 kyJKai
3)缝隙处不会产生高频泄漏。 |]:6IuslJ
虽然在许多场合电磁密封衬垫都能够极大地改善缝隙泄漏,但是如果两块金属之间的接触面是机械加工(例如,铣床加工),并且紧固螺钉的间距小于3厘米,则使用电磁密封后屏蔽效能不会有所改善,因为这种结构的接触阻抗已经很低了。 u<n['Ur}|
从电磁密封衬垫的工作原理可以知道,使用了电磁密封衬垫的缝隙的电磁泄漏主要由衬垫材料的导电性和接触表面的接触电阻决定。因此,使用电磁密封衬垫的关键是: C<QpUJ`k
1)选用导电性好的衬垫材料。 ~yngH0S$[b
2)保持接触面的清洁 B\|^$z2
3)对衬垫施加足够的压力(以保证足够小的接触电阻)。 V LeYO5'L
4)衬垫的厚度要足以填充最大的缝隙 Vl(id_~ _
电磁密封衬垫的灵活运用 j$u
除非对屏蔽的要求非常高的场合,否则并不需要在缝隙处连续使用电磁密封衬垫。在实践中,可以根据屏蔽效能的要求间隔的安装衬垫,每段衬垫之间形成的小孔洞泄漏可以用前面的公式计算。在样机上精心地调整衬垫间隔,使既能满足屏蔽的要求,又使成本最低。对于民用产品,衬垫之间的间隔可以为λ/20~λ/100之间。军用产品则一般要连续安装。 *c.w:DkfB
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10. 电磁密封衬垫的选用 fP;I{AiN~
任何同时具有导电性和弹性的材料都可以作为电磁密封衬垫使用因此,市场上可以见到很多种类的电磁密封衬垫这些电磁密封衬垫各有特色,适合于不同的应用场合设计者要熟悉各种电磁密封衬垫的特点,在设计中灵活选用,达到满足产品性能要求、提高产品可靠性、降低产品成本的目的选择电磁密封衬垫时需要考虑几个主要因素:屏蔽效能、环境适应性、便于安装性、电器稳定性 Efd@\m:~>
屏蔽效能:根据需要抑制的干扰频谱确定整体屏蔽效能,电磁密封衬垫要满足整体屏蔽的要求不同种类的衬垫,在不同频率的屏蔽效能是不同的 !t)uRJ
使用环境:电磁密封衬垫之所以有这么多的种类的一个主要原因是要满足不同环境的要求,使用环境对衬垫的性能和寿命有很大的影响 zEE:C|50
结构要求:衬垫的主要作用是减小缝隙的泄漏,缝隙的结构设计对衬垫的效果有很大的影响在进行结构设计时,有以下几个因素要考虑: -G1R><8[
·压缩变形:电磁密封衬垫只有受到一定压力时才起作用在压力作用下,衬垫发生形变,形变量与衬垫上所受的压力成正比大部分衬垫要形变30~40%才能具有较好的屏蔽效果 t1#f*G5
·压缩永久形变:当衬垫长时间受到压力时,即使压力去掉,它也不能完全恢复原来的形状,这就是压缩永久形变这种特性当衬垫频繁被压缩、放开时(例如门和活动面板)要特别注意 w(Mi?
电器稳定性:电磁密封衬垫是通过在金属之间提供低阻抗的导电通路来实现屏蔽的目的的因此,其电器稳定性对于保持屏蔽体的屏蔽效能是十分重要的 'oBv
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安装成本:电磁密封衬垫的安装方法是决定屏蔽成本的一个主要因素衬垫的成本包括衬垫本身的成本、安装工时成本、加工成本等在考虑衬垫成本时,要综合考虑这些因素 |jWA >S
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11. 常用电磁密封衬垫的比较 -|czhO)R
金属丝网衬垫:这是一种最常用的电磁密封材料。从结构上分,有全金属丝、空心和橡胶芯等三种。常用的金属丝材料为:蒙乃尔合金、铍铜、镀锡钢丝等。其屏蔽性能为:低频时屏蔽效能较高,高频时屏蔽效能较低。一般用在1GHz以下的场合。 .D=#HEshk
主要优/缺点:价格低,过量压缩时不易损坏/高频时屏蔽效能较低。 U|+`Eth8(
导电橡胶:通常用在有环境密封要求的场合。从结构上分,有板材和条材两种,条材又分为空心和实心两种。板材则有不同的厚度。材料为:硅橡胶中掺入铜粉、铝粉、银粉、镀银铜粉、镀银铝粉、镀银玻璃粉等。其屏蔽性能为:低频时屏蔽效能较低,高频时屏蔽效能较高。 v`jFWq8I,
主要优/缺点:同时提供电磁密封和环境密封。较硬,价格高,由于表面较软,有时不能刺透金属表面的氧化层,导致屏蔽效能很低。 TU| 0I
指形簧片:通常用在接触面滑动接触的场合。性状繁多,材料为铍铜,但表面可做不同涂覆。屏蔽性能为高频、低频时屏蔽效能都较高。 ~W gO{@Mw
主要优/缺点:变形量大、屏蔽效能高、允许滑动接触(这便于拆卸)/价格高。 ]#rmk!VT?
螺旋管衬垫:由铍铜或不锈钢材卷成的螺旋管,屏蔽效能高(所有电磁密封衬垫屏蔽效能最高的)。 (WGEX(|
主要优/缺点:价格低,屏蔽效能高/受过量压缩时容易损坏。 @<1T&X{Z!
导电布衬垫:导电布包裹上发泡橡胶芯构成,一般为矩形,带有背胶,安装非常方便。高低频时屏蔽效能都较高。 rN~V^k
主要优/缺点:价格低,过量压缩时不容易损坏、柔软、具有一定的环境密封作用/频繁摩擦会损坏导电表层。 w (,x{Bg\
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12. 电磁密封衬垫使用的注意事项 B/EGaYH
电磁密封衬垫的使用方法对屏蔽体的屏蔽效能影响很大。在使用时,要注意以下几点: yA<
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1) 所有种类的电磁密封衬垫中,指形簧片允许滑动接触,其他种类的衬垫绝不允许滑动接触否则会造成衬垫的损坏。 `]2y=f<{X
2) 有种类的衬垫受到过量压缩都会发生不可恢复地损坏,因此在使用时要设置限压结构,保证一定的压缩量。 V#PT.,Xa.
3)除了导电橡胶衬垫以外,当衬垫与屏蔽体机体之间的电器接触良好时,衬垫的屏蔽效能与压缩量没有正向关系,增大压缩量并不能提高屏蔽效能。导电橡胶的屏蔽效能则随着压缩量的增加而增加,这与导电橡胶中的导电颗粒密度加大有关。 qUNXT
4)使用衬垫接触的金属板要有足够的刚度,否则在衬垫的弹力作用下会发生变形,形成新的不连续点,导致射频泄漏。对于正面压缩结构,适当的紧固螺钉间距可以防止面板变形。 XCO;t_%
5)尺寸允许时,尽量使用较厚的衬垫,这样可以允许金属结构件具有更大的加工误差,从而降低了成本。另外,较厚的衬垫一般更柔软些,对金属板的刚性要求较小(从而避免了由于结构件刚性不够导致变形二造成的射频泄漏)。 @%As>X<3t
6)衬垫材料要安装在不易被损坏的位置。例如,对于大型的屏蔽门,衬垫要安装在门框内,并提供一定的保护;对于可拆卸的面板,最好将衬垫安装在活动面板上,这样拆下面板时,便于存放。 \//{\d
7) 安装衬垫的金属表面一定要清洁、导电,以保证可靠的导电性。 DM !
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8)尽量采用槽安装方式,槽的作用是固定衬垫和限制过量压缩。使用槽安装方式时,屏蔽提的两个部分之间接触不仅通过衬垫实现完全接触,而且还有金属之间的直接接触,因此,具有最高的屏蔽效能。 _ Av_jw`m
9)安装槽的形状有直槽和燕尾槽两种,直槽加工简单,但衬垫容易掉出。燕尾槽没有这个问题。槽的高度一般为衬垫高度的75%左右(具体尺寸参考衬垫厂家要求的压缩量),宽度要保证有足够的空间允许衬垫受到压缩时的伸展。衬垫安装在直槽内时,衬垫需要固定。一般设计资料上建议用导电胶粘接,但这样有两个缺点:一是会增加成本,另一个是导电胶会发生老化而导致屏蔽性能下降。这里建议用非导电胶,在紧固螺钉穿过的地方滴一小滴。这样,粘胶的地方虽然不导电,但是金属螺钉起到了导电接触地作用,并且屏蔽效能比较稳定。 GplEad
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10)滑动接触时的方向,只有指形簧片才允许滑动接触。安装簧片时,要注意簧片的方向,使滑动所施加的压缩力能够使簧片自由伸展。一般情况下,簧片可以靠背胶粘接,但要注意固化时间(参考簧片厂家说明)。较恶劣的环境下(温度过高或过低,机械力过大等),可用卡装结构。 s !HOrhV
11)根据屏蔽体基体材料选择适当的衬垫材料,使接触面达到电化学兼容状态,有关设计可以参考后面给出的资料。如果空间允许,在安装衬,垫的缝隙处同时使用环境密封衬垫,并且使环境密封衬垫面对外部环境,防止电解液进入到导电衬垫与屏蔽体接触的结合面上。 KQrG|<J
12)螺钉的位置,一般情况下,螺钉安装在沉淀内侧或外侧并不是十分重要,但是在屏蔽要求很高的场合,螺钉要安装在衬垫的外侧,为防止螺钉穿透屏蔽箱,造成额外的泄漏。 gs= (h*
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13. 电磁密封衬垫的电化学腐蚀问题 V)Y#m/$`
电化学腐蚀问题是设计屏蔽机箱必须考虑的问题之一。电化学腐蚀发生在不同种类金属的接触面上。因此,在电磁密封衬垫与屏蔽体基体接触的表面上容易发生电化学腐蚀。发生在衬垫与屏蔽体基体之间的电化学腐蚀会造成下面两个后果: jL#`CD
1) 降低屏蔽效能,电化学腐蚀的结果是降低了接触面的导电性,甚至导致接触面完全断开,这会造成机箱的屏蔽效能降低。 e:WKb9nT
2)互调效应,又称锈螺钉效应。这是因为电化学反应产生的化合物是非线性的半导体物质,这会产生信号混频。结果是产生了新的干扰频率。 oei2$uu
防止电化学腐蚀的方法:速度与环境因素关系很大,在湿热、盐雾环境中腐蚀发展很快,而在干燥环境中,腐蚀发展很慢。 ~
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14. 与衬垫性能相关的其它环境问题 -f8iq[F5
1)潮湿环境:潮湿会加速接触面的电化学腐蚀。造成这种后果的原因是,在潮湿环境中,会生长霉菌,霉菌会放出酸性物质,从而导致电化学腐蚀。对于军用设备,霉菌试验是验证这个问题的试验方法。 ,CQg6-[
2)振动环境:车载设备或运输中的设备所承受的振动是造成衬垫结合处腐蚀的主要原因之一。这是因为振动导致衬垫与屏蔽体之间的摩擦,产生了细小金属粉粒,这种金属粉粒即使在较好的环境中也容易腐蚀。振动造成的腐蚀是车载设备屏蔽失效的主要原因。 ABnJ{$=n#